2020年12月17日，嫦娥五號返回器約1731克月壤樣品成功在內(nèi)蒙古四子王旗降落。時隔40多年后，人類再次從月球上采集到土壤樣品并成功返回。這不僅是中國航天史里程碑式的成就，也將為人類對月球的探索帶來巨大的進展。
地球上的土壤是由于大氣、水和生物的共同作用形成的，水和生物腐敗產(chǎn)生的有機物是構(gòu)成地球土壤的關(guān)鍵因素。月球上沒有空氣和生物，也極度干燥，月壤的形成過程與地球土壤完全不同。
隕石撞擊月球表面形成的礦物粉末是構(gòu)成月壤的主要成分。同時隕石撞擊產(chǎn)生的能量也會改變月壤的組成，例如月球表面的一部分物質(zhì)在這一過程中會發(fā)生熔融，冷卻后形成玻璃。由于沒有磁場保護，月球表面與太陽風直接接觸，礦物中的二價鐵離子會被太陽風還原為納米金屬鐵微粒，月壤的電磁、光譜等物理特性也會隨之發(fā)生改變，不再與月巖相同。此外，太陽風與地磁場相互作用形成的“地球風”也在潛移默化地改變月壤的組成，月球表面高緯度地區(qū)存在的赤鐵礦就是受到地球風影響形成的。
月壤的形成是月球本身、太陽、地球以及隕石的共同作用形成的，因此研究月壤不僅可以讓人類更深入地了解月球的形成歷史、地質(zhì)演化等問題，還可以從另一方向?qū)μ柡偷厍蜻M行研究。嫦娥五號采集月壤的地區(qū)是月球上規(guī)模大的晚期玄武巖之一，與之前美國和蘇聯(lián)取得的樣品有較大差別，新的材料將為月球研究帶來大量突破。
此外，研究月壤也是人類探索月球的必要條件。一方面月壤覆蓋整個月球表面，無論是航天器還是人類宇航員，登陸月球時必須排除揚起的月壤顆粒的干擾。另一方面，從月壤中我們可以更深入地研究月球的資源分布，為未來建立月球基地打下基礎(chǔ)。
月壤研究需要使用各類儀器設(shè)備。由于月壤總量有限，因此研究需要以盡可能少的消耗得出盡可能多的檢測結(jié)果。我國對于月壤檢測安排是從無損到少損再到有損。無損檢測可以在不損傷或影響檢測對象的情況下對檢測對象的表面及內(nèi)部進行分析，無損檢測的方式眾多，如超聲檢測、射線檢測、磁粉檢測等。在月壤研究中，可以使用X射線熒光光譜法會樣品進行定量與定性檢測。
如果不得不損害樣品，對于月壤的研究也需要盡量選擇僅需要微量樣品的分析方法，例如激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)、顯微激光拉曼光譜、納米離子探針技術(shù)等。這些微量分析技術(shù)僅需要1-15毫克的樣品就可以完成檢測。在樣品有限的情況下，選擇這些研究方法可以提高樣品的利用率。
雖然目前分析技術(shù)已經(jīng)達到了很高的水平，但是月壤樣品來之不易，為了更好地發(fā)揮其作用，現(xiàn)有的技術(shù)還需要進一步發(fā)展，分析方法也需要進一步完善。之前美國帶回的月壤雖多，但是從前對樣品的保護存在漏洞，不能排除樣品已經(jīng)被地球環(huán)境污染的可能，我國此次帶回的月壤將成為驗證已有研究的標準，因此需要更慎重地對待。
資料來源：科學網(wǎng)、科普中國
原標題：嫦娥帶回“土特產(chǎn)” 儀器探究月球奧秘
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